[发明专利]一种基于相对阻抗的双臂遥操作自适应控制方法

摘要

本发明涉及一种基于相对阻抗的双臂遥操作自适应控制方法，通过分别设计主从端的控制器，在从端机械臂的控制过程中，通过相对阻抗的方法，实现辅助操作臂对主要操作臂的主动配合，从而在从端环境在一定范围内发生变化的情况下，可以适用于从端机器人不能完全的跟踪主端操作者的运动的情况，从端机器人根据主端操作者的协同效果和从端环境的变化，自适应的调整自身的位置、速度和作用力，从而实现双臂遥操的配合操作。

主权项

1.一种基于相对阻抗的双臂遥操作自适应控制方法，其特征在于步骤如下：步骤1：建立双人双手操作的动力学模型其中，M_mi为主手i的惯性矩阵,为主手i的向心力和科式力，G_mi(q_mi)为主手i的重力参数，i＝1,2；d_mi(t)为主手i在t时刻的扰动项，F_msi(t)表示t时刻的控制力，F_hi(t)表示主手i操作者作用在末端点的作用力，表示主手i的雅克比矩阵，M_si为从手机械臂i的惯性矩阵，为从手机械臂i的向心力和科式力，G_si(q_si)为从手机械臂i的重力参数，i＝1,2；d_si(t)为从手i在t时刻的扰动项，F_csi(t)表示t时刻的控制力，F_si(t)表示从手i操作者作用在环境的作用力表示从手i的雅克比矩阵，和分别表示主手i在关节坐标系下的角度、角速度和角加速度，和分别表示从手i在关节坐标系下的角度、角速度和角加速度，由于在空间环境下，受到发射过程和地球重力的影响，参数M_si、和G_si(q_si),i＝1,2，相比于地面测量的参数都会发生一定的变化，所以令和其中和分别表示对参数M_si、C_si和G_si的初始估计值，令表示机器人系统动力学的不确定项；步骤2：主手控制器设计定义γ_i＝q_si(t‑T)‑q_mi(t),其中，T表示主从端的通信时延，定义则主手i的控制器设计为：其中，k_mi为一个正数，表示系统的控制参数，参数k_mi的取值使得系统为稳定的，η_mi为系统的鲁棒项，用来减弱参数ε_i对系统稳定性的影响，其中η_mi的表达式如下：η_mi＝sat(ε_i,μ_mi)其中，μ_mi为一个正数，表示对于ε_i限制的阈值；步骤3：从手控制器设计主要从手的控制器设计为：其中，表示从手1通过RBF神经网络对参数ρ₁的估计值，定义且该值有界其中|A|符号表示对值A的绝对值，η_ρ1为一个正数，η_s1的表达式如下其中，μ_s1为一个正数，表示对于r₁限制的阈值，δ_s1为一个较小的比例系数，设δ_s1＝1；e₁＝q_m1(t‑T)‑q_s1(t)，表示r₁的导数，k₁表示比例系数；配合从手的控制器为：其中：I_2×1表示2×1的单位矩阵，J_cs2＝[J_s2 J_s1]，J_s1和J_s2分别表示从手1和从手2的雅克比矩阵，表示J_cs2的伪逆，表示从手2的雅克比矩阵的导数矩阵，表示的伪逆，X_R＝x_s2(t)‑x_s1(t)，其中：D_x＝q_m2(t‑T)‑q_m1(t‑T)‑(q_s2(t)‑q_s1(t))，表示对参数ρ₂的估计值，η_s2＝(η_ρ2+δ_s2)·sat(D_x,μ_s2)，其中，其中，μ_s2为一个正数，表示对于D_x限制的阈值，δ_s2为一个比例系数，设δ_s2＝1；η_ρ2表示的上界，其中，e₂＝q_m2(t‑T)‑q_s2(t)，表示r₂的导数；表示J_s2的转置；步骤4：以步骤2设计的主手控制器设计和步骤3设计的从手控制器控制双臂遥操作运动。